如果万亩林场只能用工业水浇灌,废水脱盐成本很高吗?

近日,宁夏“煤矿截断万亩林场水源,林场主人崩溃跪地求供水”视频引发关注。供水纠纷中,煤矿方面称只剩一些含盐量高的工业水可供。用废水脱盐的方式供水,成本很高吗?
用一句话来说,就是盐水淡化的成本非常高,别说是用来灌溉林场,就算是日常使用都太奢侈了。
工业排放的高盐水,主要的盐分是氯化钠,此外还有硫酸盐、硝酸盐、钙盐等成分,大体上与海水类似。当废水中总含盐量超过1%时,就可以被称为高盐废水,实际生产中通常可以达到4%以上,甚至能够超过10%。相比于海水3%左右的盐浓度,工业废盐水的浓度可以说是不遑多让。更重要的是,工业废盐水中,除了常见的无机盐外,还可能含有一些有机物,例如甘油、乙醇等,或者含有汞、铅这样的重金属离子,这都增加了后续处理的难度。
因此,和海水一样,工业废盐水具有很高的渗透压,并且往往会因为存在有机物或有毒成分,生物体在这样的水中无法存活,也不能直接用于浇灌。1.jpg
要处理这样的污水,需要先进行初步净化,脱除其中的有机物,降低污水的化学含氧量(COD)。所谓COD,指的是用诸如高锰酸钾的强氧化剂与污水反应时消耗的强氧化剂。直观来说,COD的数值越高,水中的有机物就越多,溶解在水中的氧气很快就会被消耗,大多数生物就很难在水中生存。
降低COD的方法很多,如吸附沉淀的物理法、加入化学试剂氧化的化学法以及使用厌氧细菌分解的生物法。目前,生物法因二次污染小而被普遍使用,但是由于高盐废水中同时还含有高浓度的盐分,厌氧细菌也无法生存,因此只能使用其他方法。如此一来,处理成本与环境成本都会有所增加。
在COD控制到合理的范围后,剩下的污水就可以像海水淡化那样进行处理了。
目前,世界上已经有多个国家实现大规模商业化海水淡化,如沙特、卡塔尔、阿联酋、以色列和新加坡等等。这些国家的特点非常鲜明,一是在地理环境上极度缺乏淡水,二是经济实力较强。除此以外,中国、日本、美国等国也都有海水淡化的设备,主要是实验性质,仅在极少数城市布局了工业化设备。例如,天津和厦门都已经建设了海水淡化设备,但是生产出来的淡水量在整个城市供水中的占比并不高。
之所以会这样,原因都是同一个,就是海水淡化工艺的高成本。2.jpg
沙特的海水淡化设备
目前,海水淡化的脱盐工艺主要分为两类:一是加热到沸腾,再将冷凝后的淡水收集,剩下的盐分可以结晶回收;二是使用半透膜,用加压的方式将淡水“过滤”出来,剩下更浓的盐水废弃排放。
在我们的厨房中,就可以实现这两种淡化的工艺。
比如煲汤的时候,汤水不断浓缩,盐分会保留在汤中,淡水则以水蒸气的方式进入到空气中。此时,如果用一只冷锅盖挡住热气,水蒸气就会在锅盖上凝结成液态的水。这个方法非常简单,也很实用,但是水的比热容很大,因此无论是在加热沸腾还是冷凝的阶段,都需要消耗极大的能量。
再比如,目前常见的反渗透(RO)净水器,其原理和海水淡化的方法也是一致的。反渗透工艺的核心是半透膜,这种膜只能让水分子通过,但是盐不能通过。在正常条件下,当盐水和清水分别位于半透膜的两边时,清水会向着盐水方向流动。但是,海水淡化是要将盐水处理成清水,就需要通过加压的方式,让这个过程反过来进行,故而被称为反渗透膜法。反渗透膜不能用来处理浓度特别高的盐水,当盐水一侧的浓度高到一定程度时,加压也不足以让盐水中的水分渗透到另一侧,此时,半透膜已经非常脆弱。另外一方面,高浓度的盐水无法进一步处理,只能废弃,或重新采用加热结晶的方式处理。在整个过程中,半透膜所占的成本非常显著。
因此,无论是采取何种工艺进行脱盐,在成本上都会相当高。以卡塔尔为例,2022年11月举办世界杯期间,该国投入大笔资金,免费为游客提供很多便利,但是并没有在公共场所提供饮用水。不仅如此,每瓶饮用水在卡塔尔的售卖价大约是20元人民币,是中国的10倍以上。在网络上曾经盛传,以色列的反渗透法海水淡化成本已经压缩到每吨淡水5元左右,然而这一价格并没有计入政府补贴,也没有考虑浓盐水排放的代价。事实上,以色列因海水淡化工艺排入地中海的浓盐水,已经成为一项很值得关注的环境危机。如果将这些因素全部考虑在内,那么以色列的淡水成本仍然超过每吨30元,同样是中国大多数地区自来水成本的10倍以上。
回过头看看这次发生在宁夏的林场缺水事件,如果将工业含盐废水处理成可以灌溉用的淡水,不仅要经过淡化脱盐的工序,还要考虑其他成分的处理问题,如果采用反渗透法,则会面临比以色列更麻烦的环境处理难题。